(57)【要約】【課題】同じ昇圧トランスを使用しても異なった種類の放電管を点灯することができ、放電管の寿命低下を防止することのできる放電管用インバータ回路を提供する。【解決手段】放電管用インバータ回路は、点灯対象の放電管に高圧の交流を印加して点灯する放電管用インバータ回路において、放電管が二次側に直列に接続され、所定の静電容量を有するコンデンサが放電管と並列に接続され、二次側に漏れインダクタンス、コンデンサおよび放電管を含む静電容量から決まる共振周波数の共振回路が形成される昇圧トランスと、直流を交流に変換し、昇圧トランスの一次側を双方向励磁するトランス駆動回路と、放電管に流れる管電流と放電管に印加される管電圧との位相が揃うようにトランス駆動回路を駆動する周波数を制御する駆動周波数生成回路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点灯対象の１つの放電管または直列接続された複数の放電管に高圧の交流を印加して点灯する放電管用インバータ回路において、
上記放電管または上記直列接続された複数の放電管が二次側に直列に接続され、所定の静電容量を有するコンデンサが上記放電管と並列に接続され、二次側に漏れインダクタンス、上記コンデンサおよび上記放電管を含む静電容量から決まる共振周波数の共振回路が形成される昇圧トランスと、
直流を交流に変換し、上記昇圧トランスの一次側を他励励磁するトランス駆動回路と、
上記放電管に流れる管電流と上記放電管に印加される管電圧との位相が揃うように上記トランス駆動回路を駆動する周波数を制御する駆動周波数生成回路と、
を備えることを特徴とする放電管用インバータ回路。
【請求項２】
上記トランス駆動回路は、上記昇圧トランスの一次側を双極性に励磁することを特徴とする請求項１に記載する放電管用インバータ回路。
【請求項３】
外部から入力される輝度信号に上記放電管に流れる管電流が一致するように上記トランス駆動回路に入力される直流の電圧を制御するバースト信号を発する調光回路と、
上記バースト信号に従って外部から入力される直流の電圧を可変する直流電圧可変回路と、
を備え、
上記直流電圧可変回路は、上記バースト信号に従って断続された直流を平滑化するチョークコイルおよびコンデンサを有することを特徴とする請求項１または２に記載する放電管用インバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力結合型のトランスを用いて、放電管を点灯する為の放電管に対して汎用性をもった低電圧駆動インバータ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンに代表されるようにＬＣＤ（液晶）表示器が用いられるようになってきた。このＬＣＤ表示器にはバックライトが用いられ、バックライトの光源には放電管の一種である冷陰極管が使用されている。この冷陰極管の点灯には高電圧の交流電圧を印加する必要があり、低電圧の直流電圧を高電圧の交流電圧に変換する必要があり、冷陰極管点灯用に低圧直流電源から、高圧交流電源を得るインバータ回路の需要が高まった。
また、冷陰極管の輝度の調整方法には、冷陰極管に流れる電流すなわち管電流値を調整する電流調光方式や、断続的に冷陰極管を点灯させ、その点灯率を調整するバースト調光方式などが用いられる。バースト調光方式は冷陰極管の寿命を低下させる可能性があると懸念されるものの電流調光方式に比べ広い調光範囲が得られることから一般的にバースト調光方式が用いられている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
また、バースト調光方式で冷陰極管に高電圧の交流電圧を印加する場合、昇圧トランス１つで複数の冷陰極管を点灯させる為には、それぞれの冷陰極管を昇圧トランスの出力に対して並列に接続することが一般的であり、この場合、電流量の増大によりインピーダンスが低下するという冷陰極管の負性インピーダンス特性の影響で、すべての冷陰極管に流れる電流量を調整することが難しく、それぞれの冷陰極管に対して直列に電流抑制素子を接続することで調整を行っていた。
【特許文献１】特開２００３−１６８５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、昇圧トランスの出力電圧は、電流抑制素子、昇圧トランスの巻線、基板パターン、コネクタ、ケーブルの浮遊容量と冷陰極管の浮遊容量により分圧され、冷陰極管の浮遊容量は冷陰極管の種類、サイズ、製造メーカ、ＬＣＤ筐体などの周辺機器により大きく変化し、その結果、冷陰極管に印加される電圧が異なる為、同一の昇圧トランスで異なる種類の冷陰極管を駆動することは難しい。このため、放電管用インバータ回路に用いられる昇圧トランスは、点灯する冷陰極管ごとにカスタム設計しなければ冷陰極管を適切に点灯できないので、冷陰極管の種類に応じて昇圧トランスをカスタム設計しなければならず、コストが増えてしまうという問題がある。
【０００５】
また、冷陰極管は管電流値の増加に伴って抵抗値が減少する負性インピーダンス特性を有しており、複数の冷陰極管を並列接続して点灯するとき、冷陰極管の一方だけに電流が流れる片点灯が生じるという問題がある。また、冷陰極管は一定電流値以上を流しても輝度がそれほど変わらない特性を有しており、片点灯が生じないときでも、それぞれの冷陰極管に流れる電流量には差があり、両方の冷陰極管を所望の輝度とするためには余分な管電流を流すことになり、効率の低下と冷陰極管の寿命の短縮が避けられないという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、同じ昇圧トランスを使用しても異なった種類の放電管を点灯することができ、放電管の寿命低下を防止することのできる放電管用インバータ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる放電管用インバータ回路は、点灯対象の１つの放電管または直列接続された複数の放電管に高圧の交流を印加して点灯する放電管用インバータ回路において、上記放電管または上記直列接続された複数の放電管が二次側に直列に接続され、所定の静電容量を有するコンデンサが上記放電管と並列に接続され、二次側に漏れインダクタンス、上記コンデンサおよび上記放電管を含む静電容量から決まる共振周波数の共振回路が形成される昇圧トランスと、直流を交流に変換し、上記昇圧トランスの一次側を他励励磁するトランス駆動回路と、上記放電管に流れる管電流と上記放電管に印加される管電圧との位相が揃うように上記トランス駆動回路を駆動する周波数を制御する駆動周波数生成回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係わる放電管用インバータ回路の効果は、放電管が接続される昇圧トランスの二次側に二次側の漏れインダクタンスと共振回路を構成するコンデンサが接続され、管電流と管電圧との位相が揃うように昇圧トランスの一次側が他励励磁され、昇圧トランスが電力結合型として動作するので、電力結合型で動作する汎用の昇圧トランスを使用して種類の異なる放電管を点灯することができ、種類の異なる放電管ごとに昇圧トランスを設計しなくてもよくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路の回路図である。
この発明の実施の形態１に係わる放電管として冷陰極管８Ａ、８Ｂを例として以下説明する。この発明の実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路は、図１に示すように、点灯しようとする２本の冷陰極管８Ａ、８Ｂが二次コイル６ｂに接続される昇圧トランス６、冷陰極管８Ａ、８Ｂと直列に接続され、冷陰極管８Ａ、８Ｂの管電流を検出する管電流検出抵抗９、冷陰極管８Ａ、８Ｂと並列に接続され、冷陰極管８Ａ、８Ｂの電圧を検出する分圧用高耐圧抵抗１０Ａおよび管電圧検出抵抗１０Ｂ、外部から供給される直流電力をバースト信号に基づいて断続的に遮断し平滑化して所望の直流電圧に可変する直流電圧可変回路１３、直流を断続して交流を生成し昇圧トランス６を他励励磁するトランス駆動回路５、管電流と外部から輝度信号が入力され、管電流が輝度信号に一致するように所定の間発信するバースト信号を出力する調光回路１１、管電流と管電圧とが入力され、管電流と管電圧との位相がゼロに近づくようにトランス駆動回路５を制御するタイミング信号を出力する駆動周波数生成回路１２を有する。
【００１０】
管電流検出抵抗９は、昇圧トランス６の二次コイル６ｂに、冷陰極管８Ａ、８Ｂと直列に接続され、管電流をその大きさに応じた電圧に変換する。
調光回路１１は、外部から入力される輝度信号と管電流とを比較し、管電流が輝度信号に一致するようにバースト信号の時間を調整する。
【００１１】
直流電圧可変回路１３は、直流電源からの電流を断続的に遮断するスイッチング素子１、断続的に流れる電流を平滑化するチョークコイル３およびコンデンサ４、ダイオード２から構成される。
スイッチング素子１は、調光回路１１から出力されるバースト信号によって直流電源からの電流を断続的に遮断し、チョークコイル３やコンデンサ４に供給する。
チョークコイル３は、スイッチング素子１で断続的に遮断される電流を平滑化すると共に、昇圧トランス６から発生する回帰電圧の外部電源への流入を防止する。
ダイオード２は、フライホイールダイオードである。
コンデンサ４は、スイッチング素子１により断続的に供給される直流をチョークコイル３とともに平滑化する。
【００１２】
トランス駆動回路５は、直流電圧可変回路１３から供給される直流を交流に変換して昇圧トランス６を励磁し、フルブリッジ型に接続された４つのスイッチング素子１４から構成される。このトランス駆動回路５は、低電圧でも昇圧トランス６を駆動できる他励型駆動回路である。チョークコイル３とコンデンサ４とで平滑化された直流電流は、トランス駆動回路５に入力され、交流に変換された後、昇圧トランス６へ入力される。
昇圧トランス６は、トランス駆動回路５により一次コイル６ａが双極性に励磁されることにより、二次コイル６ｂに高圧交流が出力し、二次コイル６ｂに接続された冷陰極管８Ａ、８Ｂを点灯する。
分圧用高耐圧抵抗１０Ａおよび管電圧検出抵抗１０Ｂは、冷陰極管８Ａ、８Ｂの管電圧を分圧し、管電圧検出抵抗１０Ｂの両端の電圧を管電圧として、駆動周波数生成回路１２に入力する。
【００１３】
駆動周波数生成回路１２は、管電流検出抵抗９より検出される管電流と管電圧検出抵抗１０Ｂより検出される管電圧が入力され、管電圧と管電流の位相差を比較し、位相差がゼロになるようにトランス駆動回路５に対して、トランス駆動用周波数信号を出力する。
トランス駆動回路５は、駆動周波数生成回路１２からのトランス駆動用周波数信号に応じ、昇圧トランス６を励磁することで昇圧トランス６の二次側において共振回路を形成して、昇圧トランス６を電力結合型として動作する。
【００１４】
昇圧トランス６の二次側には、静電容量として５０ｐＦから１００ｐＦ程度のコンデンサ７が冷陰極管８Ａ、８Ｂと並列に接続されている。なお、通常冷陰極管８Ａ、８Ｂの浮遊容量差は５ｐＦから１０ｐＦ程度であるので、コンデンサ７の静電容量は一桁大きな値である。
【００１５】
また、昇圧トランス６は、巻線型であり、一般的な電源トランスに比べ二次側の巻数が非常に多く、その構造上一般的なトランスに比べ結合率が低いので、昇圧トランス６単体では出力インピーダンスが高い。しかし、冷陰極管８Ａ、８Ｂに対して並列接続したコンデンサ７の静電容量と昇圧トランス６の二次側の漏れインダクタンスから決まる共振回路の共振周波数で昇圧トランス６を駆動することで、昇圧トランス６の出力インピーダンスが低下し、昇圧トランス６の一次側回路に供給された電力は二次側回路に反射せずに効率的に伝達する。一方、二次側から見た一次側インピーダンスは高いので、二次側電力の一次側への回生は抑制される。
このような昇圧トランス６は、一次側を双方向励磁した一般トランスとは別の特性を示し、フライバックコンバータ等で用いられるトランスのように、一次側と二次側とが電力結合された状態となる。
【００１６】
そして、昇圧トランス６の二次側を共振させるためには、管電圧と管電流の位相差が一致するようにすればよく、駆動周波数生成回路１２の１逓倍動作のＰＬＬで管電圧と管電流を比較し、ＰＬＬの出力周波数で昇圧トランス６の一次側を励磁すれば、二次側に容易に共振を発生させることができ、接続される冷陰極管８Ａ、８Ｂが異なった種類でも柔軟に対応することができる。
【００１７】
このように電力結合型の昇圧トランス６を用いることによって、冷陰極管８Ａ、８Ｂの種類、サイズ、製造メーカ、周辺機器による影響で異なる浮遊容量差を緩和し、多種の冷陰極管８Ａ、８Ｂに対応する放電管用インバータ回路を提供することができる。
【００１８】
電力結合型トランスにより二次側を共振させる場合、トランスの漏れインダクタンスと、コンデンサと、放電管，トランスの二次巻線、コネクタ、配線などに生じる浮遊容量等によりフィルタが構成され、共振周波数以上の周波数成分が遮断される。トランスの一次側を矩形波により駆動しても、フィルタにより高周波成分が遮断され、昇圧トランスの出力は正弦波状になり、トランスの駆動回路を従来の正弦波出力のものに限らず，矩形波出力のものであっても問題なく用いることができる。この場合、遮断された高周波成分は電力損失にはならず、電力結合型トランスにより有効利用され、効率の低下にはならない。昇圧トランスを他励型駆動する場合も、放電管駆動に適した正弦波状の出力波形を得ることが可能となる。
【００１９】
また、電子機器の低電圧駆動化が進み、供給される電源も多くは５Ｖ以下となっており、ロイヤー型に代表される自励型方式で昇圧トランスを駆動する場合、自励を安定させるためには１２Ｖ程度の直流電源を必要とし，専用の昇圧回路を設ける必要があるが、トランス駆動回路５により昇圧トランス６を双極性に励磁することにより、電圧が５Ｖの直流を用いても冷陰極管８Ａ、８Ｂを点灯することができ、専用の昇圧回路を必要としない。
このように、昇圧トランス６の一次側を他励型方式で駆動し、電力結合された昇圧トランスを用いることで、半導体ロジック駆動並の低電圧であっても、放電管を安定的に点灯することが可能となる。
【００２０】
ここで、冷陰極管８Ａ、８Ｂに流れる管電流は、図２に示すように、観察される。なお、図２（ａ）は実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路で点灯したときに観察される管電流であり、図２（ｂ）は参考のために特許文献１に示すような冷陰極管用インバータ回路で点灯したときに観察される管電流である。
図２（ｂ）に示すように、バースト信号により制御された昇圧トランスの出力が冷陰極管８Ａ、８Ｂへ入力されるとき、バースト信号による電力の再供給時に急峻な管電流変化が発生し、これが冷陰極管８Ａ、８Ｂの寿命を低下させる要因となる。
一方、実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路では、ダイオード２やチョークコイル３に加え、コンデンサ４を用いて平滑を行うことにより、急峻な管電流変化を抑制し、冷陰極管８Ａ、８Ｂの寿命低下の要因を取り除くことができる。
【００２１】
また、冷陰極管用インバータ回路を直流電圧５Ｖの直流電源で駆動する場合、直流電圧１２Ｖの直流電源で駆動したときと同等の冷陰極管８Ａ、８Ｂの輝度を得るためには、直流電圧１２Ｖでの駆動時に比べ入力電流が大きくなり、スイッチング素子としてバイポーラ型トランジスタを用いた従来の冷陰極管用インバータ回路では、スイッチング素子による損失が大きく効率的ではない。
一方、この発明の実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路では、昇圧トランス６の一次側と二次側とが電力結合し、それを他励型方式で駆動するので、スイッチング素子１やトランス駆動回路５を構成するスイッチング素子１４をユニポーラ型トランジスタとすることで、低電圧入力時もスイッチング素子１、１４による電圧降下を最小限に抑えることができ、効率よく冷陰極管８Ａ、８Ｂを安定して点灯させることができる。
【００２２】
また、昇圧トランス６が電力結合型の動作、すなわち入力電力と出力電力がほぼ等しくなるような動作をするので、昇圧トランス６の出力電圧は、入力電圧と一次二次巻数比とでは決まらずに、管電流が小さく巻数比で決まる値よりも大きな電圧を取り出すことができる。
また、昇圧トランス６の二次側に、複数の冷陰極管８Ａ、８Ｂを直列に接続することによって、全ての冷陰極管８Ａ、８Ｂに対する管電流を等しくすることができ、同等の輝度の光を発することができる。
【００２３】
また、コンデンサ４には昇圧トランス６の一次側電圧を安定させ、トランス駆動回路５を構成するスイッチング素子１４に印加されるスパイク電圧を抑制し、トランス駆動回路５を構成するスイッチング素子１４を保護する働きもある。
なお、コンデンサ４の容量は余り大きいと始動時や低輝度時にトランス駆動回路５への入力電圧値が低下することから、安定性に問題が出る。
【００２４】
逆に、コンデンサ４を大容量のものとすることによって、スイッチング素子１、ダイオード２、チョークコイル３と共にチョッパ回路を形成し、昇圧トランス６が安定動作する電源電圧以上の電圧を供給した場合に、管電流が最適になるようにチョッパ回路によって降圧を行うため、動作電源電圧範囲を広く取ることができる。
ただし，この場合低電圧入力時に低輝度が安定しないため、調光範囲は実施の形態１に比べ狭くなる。
【００２５】
なお、トランス駆動回路５としてフルブリッジ型を例にして説明したが、ハーフブリッジ型であっても、プッシュプル型であっても同様にこの発明に適用することができる。
また、実施の形態１において放電管として冷陰極管を例に挙げ説明したが、放電管としては、蛍光灯、水銀灯、ナトリウムランプなどであってもこの発明の放電管用インバータ回路を適用することができる。
また、放電管の代わりにエレクトロルミネッセンスライト（ＥＬ）をこの発明の放電管用インバータ回路が駆動することもできる。
【００２６】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係わる冷陰極管用インバータ回路の回路図である。
この発明の実施の形態２に係わる冷陰極管用インバータ回路は、図３に示すように、実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路と昇圧トランス６に直列に接続された２本の冷陰極管８Ｃ、８Ｄが直列に接続されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
【００２７】
このように、昇圧トランス６に二次側に直列に接続された２本の冷陰極管８Ｃ、８Ｄを直列に接続することによって、各冷陰極管８Ｃ、８Ｄに流れる管電流が等しくなり、電流抑制素子なしで２本の冷陰極管８Ｃ、８Ｄを点灯することができる。
なお、実施の形態２において２本の冷陰極管８Ｃ、８Ｄが直列に接続されている例を説明したが、３本以上の直列に接続された冷陰極管を昇圧トランス６の二次側に直列に接続しても同様な効果が得られる。
【００２８】
なお、この発明に係わる放電管用インバータ回路において、放電管寿命低減要因を従来より低減させ、電源電圧範囲を広く取ることもできるので、ＦＡ業界などで用いられる放電管の駆動にも適用することができる。
また、低電圧での駆動が可能であるので、専用電源を設ける必要もなく、機器全体の小型化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる冷陰極管用インバータ回路の回路図である。
【図２】実施の形態１および特許文献１に係わる冷陰極管用インバータ回路で点灯したときに観察される管電流である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる冷陰極管用インバータ回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  スイッチング素子、２  ダイオード、３  チョークコイル、４  コンデンサ、５  トランス駆動回路、６  昇圧トランス、６ａ  一次コイル、６ｂ  二次コイル、７  コンデンサ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ  冷陰極管、９  管電流検出抵抗、１０Ａ  分圧用高耐圧抵抗、１０Ｂ  管電圧検出抵抗、１１  調光回路、１２  駆動周波数生成回路、１３  直流電圧可変回路、１４  スイッチング素子。
【図１】
2007265897.tif 000003
【図２】
2007265897.tif 000004
【図３】
2007265897.tif 000005